物理化学教学改革探索:整合课堂内外教学

通过具体教学实例,阐述了如何通过整合课堂内外教学过程来显著提高物理化学课程的教学效果。这些实例包括:(1)选编预习作业和英文阅读材料;(2)在辅导课上对一道高考化学试题从物理化学角度进行深入分析;(3)根据化学史和物理化学主要内容安排课程论文。教学实践表明认真编写预习材料能够提高课堂教学效率;精心准备辅导内容能够巩固课堂教学成果;合理安排课程论文能够拓展课堂教学容量。     

2-甲基噻吩光异构化成3-甲基噻吩的理论研究

用CASSCF方法以6-31G基组研究了2-甲基噻吩光异构化为3-甲基噻吩的光化学反应和基态(S₀)及三重激发态(T₁)的相关势能面.反应主要发生在三重态(T₁)上,其间经历了两个双自由基,1个三元环中间体及4个过渡态.沿着反应路径找到了2个T₁/S₀势能面交叉点,其结构都类似于双自由基.在第二个T₁/S₀势能面交叉点附近由T₁向S₀的系间窜越(ISC)最为有利.     

DNA甲基化-非甲基化碱基间堆积作用的理论研究

运用二级Mфller-Plesset(MP2)理论方法和cc-pVDZ基组优化了6-甲基鸟嘌呤(O6-MethylG),4-甲基胸腺嘧啶(O4-MethylT)以及5-甲基胞嘧啶(C5-MethylC)与DNA碱基鸟嘌呤(G),腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T)之间的堆积构型.在MP2/aug-cc-pVXZ//MP2/cc-pVDZ(X=D,T)水平上,采用完全基组外推方法校正了堆积碱基对间的相互作用能,并用完全均衡校正法(CP)校正了基组重叠误差(BSSE).MP2计算结果表明,DNA碱基甲基化使得嘧啶-嘧啶、嘧啶-嘌呤堆积碱基间的平行旋转角发生明显改变,并使堆积碱基间的相互作用能增大.在MP2/cc-pVDZ计算级别上得到了各堆积碱基对的全电子波函数,并用分子中的原子理论(AIM)分析了堆积碱基对间的弱相互作用.AIM分析结果显示,甲基化增强了堆积碱基间的π-π作用,且甲基氢与相邻碱基间形成H2CH…X(X=O,N,CH3,NH2)等类型的氢键.甲基化损伤使碱基间重叠程度增大、π-π作用增强以及堆积碱基间形成多个氢键,是堆积作用能增加的主要原因.     

O6-鸟嘌呤和O4-胸腺嘧啶甲基化与DNA碱基异常氢键作用的理论研究

用密度泛函B3LYP方法在6-311＋G**基组水平上对顺(cis-)、反式(anti-)O⁶-甲基鸟嘌呤(O⁶-MeG)和O⁴-甲基胸腺嘧啶(O⁴-MeT)与DNA碱基(腺嘌呤A、鸟嘌呤G)的非Watson-Crick氢键二聚体进行了优化. 在MP2/cc-pVXZ (X＝D,T)//B3LYP/6-311＋G**水平上, 采用完全基组外推方法校正了氢键二聚体的相互作用能, 并用完全均衡校正法(CP)校正了基组重叠误差(BSSE). 此外, 在B3LYP/6-311＋G**水平上计算了各氢键碱基对的全电子波函数, 并用分子中的原子理论(AIM)和电子密度拓扑方法分析了碱基间的弱相互作用. 计算结果显示, 甲基化使碱基对间的氢键作用模式发生了明显的扭转和不同程度的位移, 碱基间的电子密度分布和氢键作用能明显减小, 甲基化对O⁶-MeG和O⁴-MeT与DNA碱基间的氢键作用是去稳定化的, 这种影响主要来自于大体积的甲基的空间效应和给电子效应, 且对顺式的影响明显大于反式. 计算结果与文献给出的实验结论基本一致.     

天然氨基酸水溶液中聚吡咯的电化学合成及其表征

报道了各种天然α-氨基酸水溶液中电化学聚合吡咯获得氨基酸掺杂的聚吡咯.实验表明吡咯在酸性氨基酸电解质中的氧化聚合电位较低,速度较快;而在碱性氨基酸水溶液中几乎无法进行电化学聚合.在电化学聚合过程中,氨基酸既作为支持电解质,又作为对离子被掺杂到聚合物中.该聚吡咯的电导率被测定为0.3～1.0 S/cm,在酸性氨基酸溶液中得到的聚合物电导率明显高于酸性较弱的氨基酸溶液中得到的聚合物,同时聚合物还具有良好的电化学活性和电化学稳定性,在-0.5 V到+0.5 V区间有一对氧化还原峰,该氧化还原峰的形状和特性在100次循环后基本保持不变.通过扫描电镜和透射电镜照片可以看出,不同种氨基酸的掺杂对聚吡咯的形貌具有影响,由于氨基酸的软模板效应,在数种氨基酸水溶液中能制得具有纳米纤维结构的聚吡咯.     

6-烷基鸟嘌呤与DNA碱基间氢键作用的理论研究

用密度泛函B3LYP方法在6-311＋G**基组水平上对鸟嘌呤及顺(cis-)、反式(anti-)-6-烷基鸟嘌呤(O⁶-AlkylG)与DNA碱基(胸腺嘧啶T、胞嘧啶C、腺嘌呤A、鸟嘌呤G)的氢键二聚体结构进行了优化. 在MP2/cc-pVXZ(X＝D,T)// B3LYP/6-311＋G**水平上, 采用完全基组外推方法校正了氢键二聚体的相互作用能, 并用完全均衡校正法(CP)校正了基组重叠误差(BSSE). 在B3LYP/6-311＋G**水平上计算了各氢键碱基对的全电子波函数, 并用分子中的原子理论(AIM)分析了碱基间的弱相互作用. 计算结果显示, 鸟嘌呤6-O烷基化改变了碱基间的氢键作用模式, 使碱基对发生了明显的螺旋桨式扭转和不同程度的位移, 碱基间的电子密度分布和氢键作用能明显减小. O⁶-AlkylG对DNA碱基间的氢键作用是去稳定化的, 去稳定化影响的顺序为GC＞GG＞GA≈GT. 计算结果与文献给出的实验结论基本一致.